基于岩体结构特征的高速远程滑坡致灾范围评价

高速远程滑坡的演化机制与运动过程受控于岩体结构.以重庆市武隆县鸡尾山滑坡为例,采用地面激光扫描技术,获取岩体结构面几何信息,基于离散元数值模拟方法,考虑岩体结构特征,分析高速远程滑坡演化过程及其致灾范围.研究结果表明:(1) 岩体结构特征由岩体内部发育的结构面所决定,针对点云数据开展空间几何计算与聚类分析,可以快速精细地获取岩体结构面产状信息,从而进行岩体结构面识别与组别划分;(2) 将岩体结构特征评价结果导入离散元模型中,能够实现高速远程滑坡致灾范围的快速评价目的,并且取得了与实际滑动距离较为吻合的结果.      

鸡尾山高速远程滑坡运动特征及数值模拟分析

本文在对鸡尾山高速远程滑坡的详细地质调查的基础上,分析了该滑坡地质环境背景特征、滑源区特征和堆积区特征。将滑坡后破坏运动主要分为失稳下滑、碰撞解体和滑行堆积3个阶段的运动特征,建立鸡尾山高速远程滑坡运动特征的地质模型。结合DAN-3D数值软件,选用FVF组合模型对该滑坡的运动特征进行了模拟,最后得到了滑坡堆积、铲刮区域和滑动距离等方面的特征。通过对比分析,鸡尾山滑坡模拟后的运动特征与所建立的地质模型基本符合,模拟的堆积形态与实际情况基本一致。由此可以说明,该分析方法可以为高速远程滑坡成灾范围进行早期评估及预测,为该类滑坡的研究提供一定的帮助。     

高速远程滑坡的地貌学与沉积学研究进展

本文总结了当前有关高速远程滑坡远程机制的研究现状,探讨了滑坡地貌学和沉积学对于揭示高速远程滑坡运动学机理的重要意义。通过梳理前人关于高速远程滑坡堆积形态的分类,分析了高速远程滑坡主要的形态学特征、蕴含的运动学信息以及高速远程滑坡的脱落块体、丘体、脊结构、断层等的地貌结构特征,并进一步指出这些地貌结构的形成主要是滑坡体物质不均匀运动的结果,其受地形和内聚力的影响。高速远程滑坡的沉积学特征明显受到岩性、地形和基底等因素的影响,本文对高速远程滑坡的沉积相模式及其运动学意义进行了分析,并对地层不变性与反序结构两个重要堆积特征进行了讨论。最后,指出高速远程滑坡地貌学与沉积学研究当前主要存在的一些问题,建议将大型物理模拟与数值模拟方法相结合,加强对高速远程滑坡地貌微形态和堆积结构的形成机制研究。     

复杂滑坡三维离散建模方法及其在茂县滑坡中的应用

针对3DEC软件在建立滑坡模型前处理功能上的不足,本文提出了一种基于MATLAB平台构建复杂滑坡数值模型的前处理方法。以滑坡发生前后的地形数据为基础,通过Distmesh工具箱进行滑坡区域的三角网格剖分与高程插值,生成三棱柱体构建滑床与滑体。同时借助Multi-Parametric Toolbox几何库中的函数生成Voronoi多面体来模拟滑坡路径上的基底物质,编写相应函数以获取块体的拓扑信息,并依据3DEC的语法规则将其转化输出为3DEC可读取的命令文本文件,实现了复杂滑坡模型的快速建立。最后以四川省茂县新磨村滑坡为例,详细叙述了滑坡数值模型的建模步骤。数值模拟结果表明,该方法建立的模型能够较好地重现滑坡运动过程、沿程铲刮现象以及最终堆积形态,验证了该方法的可行性和实用性。     

滑坡滑带摩擦热离散元数值模拟研究

高速远程滑坡具有较强的灾害性,已逐渐成为国内外地质灾害领域研究的热点。大型滑坡滑动过程中滑带剧烈摩擦和生热,使得局部温度升高,改变岩土体的抗剪强度等性质、以及产生气垫效应等,可能促进高速远程滑坡运动。为了定量地研究滑坡滑带中热量的生成和温度场分布规律,本研究改进自主开发的MatDEM离散元软件,建立了约23万单元的二维边坡模型,对滑坡的启动、高速滑动和堆积全过程进行了数值模拟。结果表明:MatDEM较为准确地模拟了滑坡典型特征,同时展示了边坡模型的热量生成特征;模拟结果表明滑带附近形成明显的"核形"高热量带,100 m高的边坡滑带单元热量增加值最高达3×105 J,理想条件下造成比热容为550 J/kg·℃的1 kg土体升高545.5 ℃左右;高热量带依附于滑带并随着滑体最厚处向前扩展;MatDEM单元连接状态图和热量场图直观地展现了滑体和滑床中的裂隙发育过程。本研究为滑坡数值模拟研究提供了一个新手段。     

基于MatDEM的烟家沟滑坡演化过程数值模拟分析

在对陕西省山阳县烟家沟滑坡基本地质特征调查的基础上,利用无人机获取滑坡高程数据,基于高性能矩阵离散元软件MatDEM建立起烟家沟滑坡运动及堆积特征的三维离散元模型,还原了滑坡启动发生的全过程,最终得到了运动速度、滑移距离以及堆积体厚度3个方面特征,取得以下认识：烟家沟滑坡属于高速滑坡;滑坡运动堆积过程分为加速碰撞堆积阶段、整体滑动堆积阶段和减速堆积阶段;其堆积层厚度分布沿运动方向呈现出先增加后减小的总体变化趋势,且堆积厚度在堆积体后部达到最大;MatDEM矩阵离散元法用来模拟滑坡演化过程具有可行性.     

鸡尾山高速远程滑坡—碎屑流动力学特征分析

以武隆鸡尾山滑坡为例,通过灾害形成地质环境条件的调查,概述了鸡尾山滑坡失稳诱发因素,包括:上硬下软的地层结构、岩溶发育、高陡地形地貌条件和采矿活动等;介绍了鸡尾山斜倾厚层滑坡视向滑动的基本模式,为"后部块体驱动-前缘关键块体瞬时失稳"。在此基础上,根据鸡尾山滑坡的运动和堆积特征,将滑坡分为滑源区和堆积区,通过二维DAN-W模拟,选取Frctional、Voellmy等流变模型,模拟了滑坡运动的整个过程,得到滑坡堆积体的体积、厚度和滑坡运动速度的变化规律,与实际情况基本一致。并且为西南山区高速远程滑坡成灾范围及滑动堆积特征的模拟分析提供了相应的依据。     

深基坑PCMW工法开挖过程离散元数值模拟分析

深基坑稳定性问题是重要的工程问题,其中,有效支护结构是保证基坑工程顺利实施的基础。本文引入离散元法,提出了基坑及支护结构建模和数值模拟方法。采用紧密堆积离散单元构建模型初始地层,引入了离散单元团簇模型来构建表面较为光滑的管桩。以南京某深基坑工程为例,采用三维离散元模拟软件MatDEM3D构建几何模型,并根据土体的力学性质设定相应单元的力学参数。数值模拟中,通过预平衡操作实现土层的压实,进而模拟了基坑开挖过程中土体和管桩的变形。将数值模拟结果与实测监测数据进行了对比分析,评价了基坑支护结构的有效性。这种基坑离散元数值模拟方法在基坑开挖过程的稳定性预判和支护结构的有效性评价上具有潜在的应用前景。     

基于离散元的高速远程滑坡运动堆积特征及 能量转化研究 ——以三溪村滑坡为例

高速远程滑坡-碎屑流运动速度、堆积特征和能量转化是研究其致灾机制的重要因素,而模型试验、野外调查并不能全面揭示其成灾机理。文章以三溪村滑坡为例,采用PFC3D离散元模拟方法,揭示滑坡运动过程中的前部、中部和后部岩土体的速度演化分布、堆积特征和能量转化关系。研究结果表明:三溪村滑坡的残余摩擦系数为0.2时,模拟结果与实际堆积特征一致。前部、中部、后部岩土体到峰值速度存在差异,前部岩土体速度分布表现为显著的单峰型特征,而后部岩土体速度分布为双峰型特征。滑坡不同部位的岩土体堆积呈现层序分布;滑坡重力势能的转化中,摩擦耗能占总能量的52%,动能峰值时刻仅有15%的重力势能转化为动能。研究结果可为高速远程滑坡的运动机理分析和防灾减灾治理工程提供重要参考。      

复合型滑坡固液耦合过程数值模拟分析——以无山坪滑坡为例

固液耦合作用是碎屑流向泥石流转化形成复合型滑坡灾害的关键因素, 会导致成灾范围和规模放大, 是防灾减灾领域研究中的热点和难点问题之一。文中采用自主研发的滑坡后破坏数值模拟平台(LPF3D, Landslides post failure 3D), 以2014年9月强降雨诱发的重庆奉节无山坪滑坡为例, 探讨了滑坡在水动力作用下远程成灾的动力过程, 揭示了固液耦合影响机制。研究结果显示: 水动力作用在滑坡运动过程中主要体现为液化和拖曳两种, 两种力学作用的增程效应明显, 往往使得碎屑流转化为泥石流, 导致远程成灾; 基于光滑粒子流体动力学(SPH)方法的两相耦合计算模型, 考虑流体状态方程、固体黏塑性本构方程和相间作用力的共同影响, 基本还原了强降雨条件下重庆奉节无山坪滑坡两相运动过程; 数值计算结果显示无山坪滑坡最大运动速度为34 m/s, 最大堆积厚度为21.5 m, 堆积面积为0.12 km2, 最远运动距离为1300 m, 模拟结果同实际滑坡的堆积形态基本一致。综上认为, 在高位远程滑坡风险调查与预测过程中, 需充分考虑强降雨工况下孔隙水压力和固液相间作用, 基于LPF3D方法的数值模拟为高位远程滑坡的风险定量评估提供了依据。      

离散元在地震引发的滑坡—碎屑流运动规律上的应用

2008年5月12日14时28分,四川省汶川县发生8级特大地震。此次地震触发的高速远程滑坡—碎屑流主要沿龙门山主中央断裂地震破裂带展布。本文在现场调查分析的基础上,使用2D-block离散元软件对地震引发的谢家店子滑坡—碎屑流运动规律进行了全程数值模拟分析。通过现场调查和模拟结果对比分析,将该滑坡的运动规律概括为4个过程：剧动启程抛掷;快速撞击—气垫飞行;铲刮减速碎屑流;堆积掩埋。     

汶川地震引发高速远程滑坡运动机理数值模拟研究——以谢家店子滑坡为例

针对汶川地震引发的谢家店子滑坡,在现场调查分析的基础上,建立了二维离散元数值模拟模型,采用2D-Block软件对其进行了全过程的数值模拟研究,并通过对跟踪块体的深入分析,研究了相应地质体在不同阶段下的运动特征。模拟结果表明,谢家店子滑坡经历了剧动启程抛掷阶段、快速撞击飞行阶段、铲刮减速碎屑流阶段及堆积掩埋阶段。为了揭示地震引发高速滑坡的发生规律,分别研究了地震震级、斜坡地形和斜坡上岩块的尺寸对高速滑坡启动和运动过程的影响规律。地震震级对边坡的启动、变形、破坏和运动有很大的影响,地震震级越大,滑体启动的加速度和速度也就越大,从而易形成高速远程滑坡。斜坡体本身的地形地貌对滑体运动也有较大影响。在震级和岩石力学参数一定的条件下,斜坡上岩块的大小对其启动、变形和运动过程有一定影响,随着岩块的增大,滑体运动的每个阶段历时都在减小,但当岩体十分破碎时,滑体虽然能够运动,但是很难发生抛掷。将地震滑坡的启动机理概括为积累变形效应、振荡启程效应和振荡加速效应。     

东河口高速远程滑坡-碎屑流全程动力特性模拟

高速远程滑坡-碎屑流具有速度快、滑程远、冲击破坏力强等特点,是一种危害性极大的地质灾害,往往会造成严重的生命财产损失。汶川地震后,国内学者对高速远程滑坡-碎屑流的研究取得了大量前瞻性成果,但由于此类滑坡自身的复杂性,目前为止尚未取得公认的研究成果。为了进一步揭示高速远程-碎屑流效应机理,本文以汶川地震触发的青川东河口滑坡-碎屑流为例,通过滑坡动力分析软件DAN-W分别建立了摩擦模型、Voellmy模型和F-V等3种不同的滑坡数值模型,对东河口滑坡-碎屑流的运动距离、不同时刻运动速度特性、堆积物分布规律及滑坡堆积体积进行了模拟,同时对滑坡运动时间进行了估算。模拟结果表明:根据高速远程滑坡-碎屑流不同运动阶段选择不同的流变模型分析的结果更加合理。摩擦流变模型对运动距离的模拟结果小于滑坡的实际滑程,适于模拟滑体整体性好的启程和近程运动阶段; Voellmy 流变模型对滑体的运动距离模拟效果很好,但对速度的分析结果偏大,适合模拟滑坡远程碎屑流运动阶段; F-V双流变模型对滑坡运动特性模拟效果最佳,并给出了选取东河口滑坡-碎屑流数值模型的最佳流变参数,摩擦角φ=18°,摩擦系数μ=0.1,湍流系数ξ=400m·s-2。     

四川茂县新磨村滑坡高速启动机理研究

2017年6月24日,四川省茂县新磨村发生的大型高速远程岩质滑坡,在约2 min的时间内,水平运动距离超过了2500 m。为了研究滑坡的高速启动机理,通过详细的现场地质调查,将滑坡的全程运动过程划分为高速启程、抛射“飞行”、高速铲刮和减速堆积4个阶段。基于物理模型试验,研究了新磨村滑坡的破坏失稳模式。试验过程中,监测得到的加速度数据显示,在锁固段岩体破裂瞬间,滑坡体受到了指向临空面方向的震动力,并由此产生了高达0.94g的瞬时加速度。模型试验结果表明,处于滑源区的锁固岩体,在破裂瞬间的弹性应变能释放,产生了强烈的震动效应,直接作用于滑坡体的瞬时震动力对滑坡的高速启程起到重要作用。计算表明,受到强烈震动的滑坡体,将以0.98g的瞬时加速度沿与水平面成15.5°的抛射角加速启程。采用Rockfall数值计算方法,模拟分析了滑坡体在不同启程速度下(0, 10,20, 30, 40和50 m·s^-1)的高速运动特征,结果表明,当滑体的初始速度达到30 m·s^-1时,剧动失稳的滑体可以直接撞击到地面的铲刮区,由此估算出新磨村滑坡的主滑时间约为60 s,...     

青藏高原察达高速远程滑坡运动过程与形成机理

为了了解青藏高原察达高速远程滑坡的运动过程与形成机理,运用遥感测绘、无人机地形测绘和现场勘查资料对滑坡进行分区,对滑坡形成机理进行研究,并利用PFC2D数值模拟对地震工况下滑坡运动过程进行模拟.将察达高速远程滑坡分为源区,流通区和堆积区;数值模拟结果得到滑坡平均运动速度为15~20 m/s,运动时间150 s,最大运动距离为2 800 m.察达滑坡为地震条件下诱发的高速远程滑坡,源区砾岩对上部堆积体后缘铲刮推移,使得上部堆积体产生整体变形,其运动过程可分为崩滑→铲刮→滑移→堆积4个阶段.      

降雨型滑坡高速运动与堆积特征模拟研究:以宁乡县王家湾滑坡为例

降雨型滑坡在强降雨条件下常突然发生,启动后运动速度大,破坏力强,对其运动与堆积过程的预测是滑坡危险性分析中的难题。以湖南省宁乡县2017年7月1日突发的王家湾滑坡为例,在现场调查的基础上,系统研究了滑坡诱发因素和高速运动机理,发现强降雨和孔隙水压力上升是王家湾滑坡的主要诱发因素,高速滑动主要由于滑坡处斜坡坡度陡、滑带抗剪强度快速损失所致。利用Surfer和ArcGIS软件处理基础数据,建立了滑坡三维模型,并基于有限体积法采用DAN3D软件模拟分析了王家湾滑坡整个运动过程,研究了滑坡启动后运动速度、滑移范围和堆积厚度,模拟结果与现场调查数据基本一致。     

深圳“12.20”渣土场远程流化滑坡动力过程分析

文章采用DAN3D数值方法对深圳人工堆填体滑坡运动过程进行了模拟研究,探讨了深圳“12.20”滑坡远程动力成灾过程。通过研究得到以下几点结论:（1）滑坡后破坏运动主要分为两个阶段:前一阶段为滑源区内运动,体现了高孔隙水压力下滑剪切;后一阶段为在流通区和堆积区内运动,体现了高饱和度滑体流动（涌动）剪切。（2）饱水渣土滑坡远程流化运动分析中,摩擦模型适合模拟孔隙水压力作用下的滑源区渣土体的失稳下滑运动过程;宾汉姆模型适合模拟非牛顿流体饱和渣土体的流化剪切过程;摩擦-宾汉姆组合模型更适用于该类型滑坡全过程的反演运动分析。（3）深圳滑坡后破坏运动速度变化主要经历了“启动-加速-持速-减速”的运动过程,高含水渣土的固-流转化致使滑坡远程运动,并造成巨大伤亡损失。（4）模拟结果显示:堆积区平均堆积厚度为11 m,堆积范围为0.4 km 2,最大运动速度为30 m/s,最大速度发生于距滑坡后缘620 m处,堆积范围、堆积厚度和运动速度同滑坡实际值基本一致。上述研究思路和方法对城市地质中渣土滑坡灾害的危险区划和渣土场科学选址评估具有一定借鉴意义。     

高速远程滑坡颗粒流研究进展

颗粒流是高速远程滑坡物质演化过程的一个重要阶段,也是从细观角度揭示其超常运动特性的重要手段.颗粒流所采用的主要研究方法以及取得的重要理论成果,可以为高速远程滑坡动力学机理的研究提供重要的技术手段和理论支持.本文聚焦颗粒流研究进展,从颗粒流基本概念、流态特征及流变本构模型、颗粒流粒径分选机制等方面进行了系统梳理;进而,从理论、实验及数值计算模型3个方面对高速远程滑坡研究中颗粒流理论及方法的应用进行了系统性述评;在此基础上,提出了从颗粒流角度研究高速远程滑坡动力学机理涉及的关键科学问题:高速远程滑坡高流动性的起源涉及哪些物理过程？如何量化和模拟其多分散性和破碎过程？如何量化描述颗粒尺寸分布的时空演变及其与流动的耦合？如何从其沉积特征中探究流动的传播机制？针对这些问题,从基于沉积学特征的颗粒流物理力学过程、考虑尺度效应的颗粒流动力学特性研究、基于颗粒流力学过程的滑坡运动机理及其本构模型、新技术新方法的应用4个方面提出下一步应重点开展的研究工作.      

甘肃舟曲县果耶镇磨里滑坡成因及堵江危险性预测分析CSCD

受降雨的影响,2021年2月26—28日,舟曲县果耶镇磨里滑坡发生蠕动变形,坡体裂缝发育,变形迹象明显,共造成92户402人受灾,直接经济损失约1 446.3万元。文中以舟曲县果耶镇磨里滑坡为研究对象,通过遥感解译、无人机航拍和地质勘察等方法,深入了解磨里滑坡所处的地质环境、土体物理力学性质等,对该滑坡的成因进行了详细分析、对滑坡的稳定进行了理论计算和位移监测分析。在野外调查和钻探分析的基础上,采用Massflow数值模型对舟曲县果耶镇磨里滑坡进行数值模拟与预测,确定物源区范围及厚度以预测滑坡的堆积过程和堵江风险,预测了滑坡堵江的高度、对上下游造成的危害。结果表明:(1)磨里滑坡呈长舌状,有清晰的形态和变形特征,滑体由碎石土和破碎千枚岩组成,平均深度40 m,总体积2 120×10^(4)m^(3),属特大型深层滑坡。(2)不利的地形条件、岩土体的软化、强烈的构造运动、降雨的入渗和前缘河水冲刷下切形成的临空面是发生滑坡主要因素。(3)该滑坡存在摧毁房屋道路和堵江的风险,建议尽快对受威胁采取避险搬迁措施。本研究可为类似滑坡地质灾害链的成因机制和应急防控等提供参考。     

黄土坡滑坡的离散元研究

根据黄土坡滑坡所处的深部地质和表层古滑坡体结构特征，建立滑坡地质环境模型，运用离散元数值模拟方法研究黄土坡滑坡与深部地质环境的关系，明确了其形成机理，认为软硬相间的岸坡地层及顺向坡特点构成了黄土坡滑坡形成的形成的物质条件和发生背景环境，其内在力学机制是深部软硬相间岩层在重力蠕滑作用下发生的拱张，在考虑不同荷载组合的情况下预测评价滑坡的稳定性变化，滑坡体上建筑荷载会抑制中部剪切滑移区的发展，但能使滑坡体前端剪切滑移区扩大，从而降低滑体前缘的稳定性。